全 文 ：植物生理学通讯 第42卷 第3期，2006年6月 411
鄂尔多斯高原不同降雨量地区中间锦鸡儿(Caragana davazamcii Sancz)种
群的ISSR遗传分析
杨明博1,2 杨劼1,* 杨九艳1,3 臧春鑫1
1 内蒙古大学生命科学学院，呼和浩特 010021；2 北京师范大学生命科学学院，北京 100875；3 内蒙古医学院药用植
物学系，呼和浩特 010059
提要 采用简单重复间序列(ISSR)方法，对鄂尔多斯高原从东向西降雨量逐渐减少选 5 个地区的中间锦鸡儿种群进行分子
生态学研究的结果表明，随着这一地区多年平均降雨量由东向西的逐渐减少，中间锦鸡儿种群遗传多样性有所增加，大
部分变异发生在种群内(79.95%)，属异交类型，中间锦鸡儿群体间遗传距离缓慢增加，遗传一致度降低。这种随着水分
递减呈现生态梯度变异的现象，说明水分变化特别是长期形成的水分条件对中间锦鸡儿的遗传多样性可能有一定的影响。
关键词 鄂尔多斯高原；中间锦鸡儿；ISSR；遗传多样性
Genetic Analysis Based on ISSR of Caragana davazamcii Sancz Popula-
tions in Different Precipitation Areas in Erdos Plateau
YANG Ming-Bo1,2, YANG Jie1,*, YANG Jiu-Yan1,3, ZANG Chun-Xin1
1College of Life Sciences, Inner Mongolia University, Huhhot 010021, China; 2College of Life Sciences, Beijing Normal University,
Beijing 100875, China; 3Department of Drug Botany, Inner Mongolia Medical College, Huhhot 010059, China
Abstract The results showed that the Nei’s gene index and Shannon’s information index increased along with
changes of the habitats from east to west and with lack of average annual rainfall, as well as genetic diversity
increased. It was found that total genetic diversity of five populations (HT) was 0.2963, genetic diversity within
populations (HS) was 0.2269, genetic diversity among populations (DST) was 0.0594, genetic differentiation
coefficient (GST) was 0.2005, and gene flow was 1.9936. 79.95% of molecular variation in Caragana davazamcii
Sancz existed within populations, while few of which existed among populations, so it belonged to hybridization.
Genetic distance between five populations was small, but it increased slowly with changes of the habitats from
east to west, while genetic identity decreased, it showed ecological gradient variation according to lack of
water. All these indicated that moisture changes especially long-term moisture conditions formed had an effect
on genetic diversity of C. davazamcii.
Key words Erdos plateau; Caragana davazamcii Sancz; ISSR; genetic diversity
收稿 2005-10-08 修定 　2006-02-27
资助 内蒙古自治区高等学校科学研究项目(NJ03163)和新世
纪优秀人才支持计划(NCET-04-0260)。
*通讯作者(E-mail: jyang@mail.imu.edu.cn, Tel: 0471-
4992513)。
鄂尔多斯高原因处于内蒙古地区典型的草原
和荒漠化草原以及荒漠的过渡地带上，景观类型
复杂多样，横跨 5 种生态气候带和 5 种草原植被
类型区。灌木类是鄂尔多斯高原的优势生活型植
物(李新荣和张新时1999)，中间锦鸡儿(Caragana
davazamcii Sancz)则是典型草原和荒漠草原带的沙
生旱生灌木，在固定和半固定沙丘上可成为建群
种，形成沙地灌丛群落，也常散生于沙质荒漠草
原群落中，组成灌丛化草原群落，中间锦鸡儿具
有抗旱、抗寒、耐瘠薄、繁殖性强等特点(周道
玮 1989)，可防风固沙、保持水土、改善局部小
环境，因此受到人们的广泛关注。关于中间锦鸡
儿的研究主要集中在以下几个方面：(1)中间锦鸡
儿作为小叶锦鸡儿(C. microphylla Lam)和柠条锦鸡
儿(C. korshinskii Kom)生态地理替代的中间过渡类
型(马成仓等2003；周海燕等2002); (2)系统遗传
研究(高丽锋等2002；周永刚等2001); (3)化学成
分分析(孙智华等2004；施蛟等2003)。选择一个
合适的水分梯度，研究其遗传特征还未见报道，
本文在鄂尔多斯高原由东向西按照水分逐渐减少的
植物生理学通讯 第42卷 第3期，2006年6月412
梯度进行选点，采用简单重复间序列(inter simple
sequence repeat, ISSR)分子标记技术研究中间锦鸡
儿遗传特征对水分变化的表现，从而有可能理解
生态过渡性与植物物种遗传结构过渡性的联系和揭
示中间锦鸡儿的分子生态适应机制，为黄土丘陵
地区大面积种植中间锦鸡儿用以固沙，防止水土
流失提供参考。
ISSR技术是一种以PCR扩增为基础的分子标记
技术，所用引物是基于简单序列重复而设计的寡
核苷酸序列，该技术的特点是以 16~18 个核苷酸
的重复序列为引物(3端有1~2个选择性简并碱基)
直接在基因组 DNA 中进行 PCR 扩增，以琼脂糖或
聚丙烯酰胺凝胶电泳即可检测，扩增谱带丰富(何
平 1998)。有人根据这些特点已应用于指纹图谱、
遗传作图、种质资源鉴定、基因定位、遗传多
样性、进化、系统发育和分子标记育种的研究
(Dirlewanger等1998；Arcade等2000；Casasoli
等2001；Cekic等2001；Kantety等1995；Prevost
和Wilkinson 1998)。但近些年来主要集中在作物
研究中，而在野生种群中很少见到报道，本文选
用ISSR分子标记利用其可以产生丰富的多态位点
和具有高多态性区分种以下分类群的优点，研究
中间锦鸡儿随着水分减少时的种内遗传变异情况。
材料与方法
于2004年7月，在鄂尔多斯高原由东至西按
照水分逐渐减少的梯度选5个点随机采取中间锦鸡
儿(Caragana davazamcii Sancz)植株的叶片，这5
个点分别位于典型草原带、荒漠草原带以及分布
于两带之间的沙地上，5 个采样点的多年平均降
雨量逐渐减少，湿润系数也逐渐降低，这些地带
的基本情况见表1，年均降雨量是近30 年观察的
资料。于每个采样点分别随机选取20株中间锦鸡
儿叶片，用变色硅胶干燥后进行 ISSR 分析。
表1 中间锦鸡儿样品采集地概况
Table 1 The general situation of the sampling sites of C. davazamcii
采样点 纬度 经度 海拔/m 年均降水量/mm 湿润系数 生境特点
Ⅰ N 39°2347" E 110°2242" 1 217 322 >0.4 典型草原区的覆沙地
Ⅱ N 39°2324" E 109°4825" 1 372 286 0.4~0.35 典型草原区的覆沙硬梁
Ⅲ N 39°21" E 109°2244" 1 309 262 0.35~0.3 毛乌素沙地半固定沙丘
Ⅳ N 38°3655" E 108°4258" 1 348 251 0.25~0.23 毛乌素沙地覆沙硬梁
Ⅴ N 39°1430" E 108°227" 1 375 221 0.23~0.2 荒漠草原平缓的沙质地
植物总DNA采用 CTAB法(Doyle 1991)抽提，
ISSR 扩增反应条件经优化实验确定为 25 µL 体
系，各反应成分用量分别为：10×PCR缓冲液[100
mmol·L-1 KCl、80 mmol·L-1 (NH4)2SO4、100 mmol·L-1
Tris-HCl, pH 9.0] 2.5 µL、2.0 µL的25 mmol·L-1 MgCl2、
2.0 µL 的2.5 mmol·L-1 dNTP、1 U 的 Taq 酶、1
µL 的引物、20 ng 模板 DNA，ddH2O 补足至 25
µL。上述药品全部购自上海生物工程公司。ISSR
反应程序：首先94℃预变性5 min，然后进行45
个循环为94℃ 45 s、54℃ 1 min、72℃ 1.5 min，
72℃终延伸 5 min，之后于 4℃下保存。反应在
PTC-100TM型 PCR热循环仪(美国MJ Research 公
司)上进行。
DNA扩增产物在0.5×TBE (0.45 mol·L-1 Tris-
硼酸、0.01 mmol·L-1 EDTA，pH 8.0)缓冲系统
中，用含有0.5 g·L-1 EB的1.5%琼脂糖电泳分离，
用100 bp 的 DNA Marker 作为分子量标记，电压
5 V·cm-1，时间 2 h，WFH-701 型多功能紫外投
射反射仪上观察并照相。
ISSR扩增产物以0或 1统计建立二元数据矩
阵，扩增带存在时赋值 1 ，否则赋值 0 。采用
POPGEN32 软件，计算多态性位点比率、Nei 遗
传多样性指数、Shannon 信息指数、总群体的基
因多样性(HT)、群体内基因多样性(HS)、群体间
基因多样性(DST)、基因分化系数(GST)、遗传距离
(D)和遗传一致度(I)。
实验结果
1 ISSR产物的多态性
选用 2 个来自不同地区的中间锦鸡儿个体，
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以 19 条引物的筛选，选定 13 条可产生多态性且
重复性好的引物进行 ISSR 扩增。从 13 条引物扩
增的结果(表 2)。可以看出，扩增共产生 151 条
带，平均每条引物产生 11.6 条。在 151 条带中，
有148条多态带，平均每条引物产生11.4条，多
态性位点比率达 98.01%。绝大多数位点集中在
300~2 000 bp (图1)，也有一些少数特异性位点在
此范围以外，虽然多态性位点是对遗传多样性的
一个粗略估计，但从中可以看出中间锦鸡儿丰富
的遗传多样性，这也可能是中间锦鸡儿在鄂尔多
斯高原地区广泛分布的遗传学基础。
5个地区的中间锦鸡儿种群随着鄂尔多斯高原
表2 ISSR扩增引物、序列和扩增结果
Table 2 List of ISSR primer labels, primer sequences and amplification results
引物编号 序列(5→3) 总扩增带数 多态性带数 多态性位点比率/%
A W 6 4 7 4 7 A C A C A C A C A C A C A C A C A G 13 13 100.00
A W 6 4 7 4 9 T G T G T G T G T G T G T G T G C 6 6 100.00
A W 6 4 7 5 0 C T C C T C C T C C T C C T C C T C 15 15 100.00
A W 6 4 7 5 1 T A T T A T T A T T A T T A T T A T 14 14 100.00
A W 7 7 9 3 4 A G A G A G A G A G A G A G A G C 13 13 100.00
A W 7 7 9 3 5 A G A G A G A G A G A G A G A G G 12 12 100.00
A W 7 7 9 3 6 G A G A G A G A G A G A G A G A C 11 11 100.00
A W 7 7 9 3 7 C A C A C A C A C A C A C A C A G 6 6 100.00
A W 7 7 9 3 8 G A G A G A G A G A G A G A G A A 6 6 100.00
A W 7 7 9 3 9 A G A G A G A G A G A G A G A G T C 14 13 92.86
A W 7 7 9 4 0 G A G A G A G A G A G A G A G A G G 11 11 100.00
A W 7 7 9 4 1 G A G A G A G A G A G A G A G A A T 14 13 92.86
A W 7 7 9 4 3 G G A G A G G A G A G G A G A 16 15 93.75
总计 151 148 98.01
图1 引物AW64751对5个地区中间锦鸡儿种群的扩增谱带
Fig.1 PCR-amplified fragment patterns with AW64751 primer in C. davazamcii populations in different areas
图中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ分别代表 5 个采样点的中间锦鸡儿种群。
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由东向西水分逐渐的变少，多态性位点有增加的趋
势(表3)，典型草原区的中间锦鸡儿种群的多态性
位点为98个，多态性位点比率为64.9%，到了荒漠
草原区则达到 117 个，多态性位点比率达到 77.
48%。RAPD的测定结果也表明，少数多态DNA在群
体里的频率与所在地区的水分状况有关：滩地为零
或很低，环境越干旱，频率越高，甚至为100% (魏
伟等1999)。这个现象可能是由于这少数位点与适
应水分逆境的基因紧密连锁，自然选择导致其频率
呈梯度分布。这说明随着水分的减少，中间锦鸡儿
在遗传上产生了一定的适应性分化，向着遗传多样
性增加的趋势发展。
2 中间锦鸡儿遗传多样性指数
从表4可以看出，中间锦鸡儿种群总的Nei遗
传多样性指数为0.2963，总的 Shannon信息指数
为0.4542，随着鄂尔多斯高原各地区由东向西的
变化，各种群的 2 种指数均有所升高。由 Nei 遗
传多样性指数估算各引物所检测到的基因多样性
中，Ⅱ号地区种群最高，为 0.2529；Ⅰ号的种
群最低，为 0.2093；按顺序为：Ⅱ>Ⅴ>Ⅲ>Ⅳ>
Ⅰ。由Shannon信息指数估算各引物检测到的基因
多样性中，同样是Ⅱ号的种群最高，为0.3789；Ⅰ
号生境种群最低，为0.3177；按顺序排列为：Ⅱ>
Ⅴ>Ⅲ>Ⅳ>Ⅰ，与Nei遗传多样性指数估算的中间
锦鸡儿各群体的遗传多样性的大小顺序相同。
3 中间锦鸡儿种群的遗传结构和基因流
从表 5 可以看出，5 个地区的中间锦鸡儿种
群的总基因多样度HT为0.2963，其中存在于种群
内的基因多样度HS为0.2369，种群间的基因多样
度 DST 为 0.0594。不同地区种群间遗传分化系数
GST为0.2005，即种群间的遗传变异占种群总的遗
传多样性的 20.05%，种群内绝大部分是变异的
(79.95%)。根据 Nm=0.5×(1-GST)/GST 计算出不同
地区中间锦鸡儿种群的基因流(Nm)为 1.9936。说
明中间锦鸡儿种群内变异显著，种群间有基因交
流 。
4 中间锦鸡儿种群间的遗传距离与聚类分析
(UPGMA 法)
从中间锦鸡儿种群的遗传距离分析结果(表6)
可知，随着鄂尔多斯高原由东向西水分逐渐减
少，种群遗传距离在加大，基本上反应了一种地
表3 不同区域中间锦鸡儿种群多态性位点的差异
Table 3 Difference of polymorphic loci of C. davazamcii
populations in different areas
种群编号　 多态性位点 多态性位点百分率/%
Ⅰ 98 64.90
Ⅱ 113 74.83
Ⅲ 109 72.19
Ⅳ 107 70.86
Ⅴ 117 77.48
表4 不同区域中间锦鸡儿种群Nei遗传多样性
指数和Shannon信息指数
Table 4 Nei’s gene diversity index and Shannon information
index of C. davazamcii populations in different areas
种群编号 Nei遗传多样性指数 Shannon 信息指数
Ⅰ 0.2093 0.3177
Ⅱ 0.2529 0.3789
Ⅲ 0.2397 0.3595
Ⅳ 0.2355 0.3545
Ⅴ 0.2469 0.3758
总计 0.2963 0.4542
表 5 不同区域中间锦鸡儿种群 HT、HS、GST 和 Nm
Table 5 HT, HS, GST and Nm of C. davazamcii
populations in different areas
　样品数/个 HT HS G S T Nm*
平均值 55 0.2963 0.2369 0.2005 1.9936
标准差 0.0234 0.0171
　　*Nm=0.5×(1-GST)/GST。
表6 不同区域中间锦鸡儿种群遗传距离(下三角)
和遗传一致度(上三角)
Table 6 Nei’s genetic distance (below diagonal) and
genetic identity (above diagonal) of C. davazamcii
populations in different areas
种群编号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
Ⅰ — 0.9267 0.9176 0.9053 0.8948
Ⅱ 0.0761 — 0.8903 0.8769 0.8874
Ⅲ 0.0860 0.1162 — 0.9384 0.8998
Ⅳ 0.0995 0.1314 0.0636 — 0.8898
Ⅴ 0.1112 0.1194 0.1056 0.1167 —
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理距离的变化，典型草原区中间锦鸡儿种群(Ⅰ)与
荒漠草原区中间锦鸡儿种群(Ⅴ) 遗传距离最大
(0.1112)，说明遗传分化程度在逐渐增强，表明
不同地区条件的变化，特别是水分条件的变化对
中间锦鸡儿种群遗传多样性有一定的影响。
图2 是根据遗传距离用非加权对组算术平均
值法(UPGMA)作聚类分析得到的。从图 2 可见，
中间锦鸡儿的5个种群随着地区由东向西的变化，
逐级聚在一起，典型草原区(Ⅰ、Ⅱ)的种群聚为一
类；沙地生境(Ⅲ、Ⅳ)的种群聚为一类；荒漠草
原区(V)的种群各为一类。说明随着环境水分的减
少，种群的分化程度逐渐增加。
对于其他环境因子，水分条件是影响鄂尔多斯高原
地区中间锦鸡儿遗传多样性最显著的因子。从东至
西随着水分梯度的降低，即从典型草原到荒漠化草
原，中间锦鸡儿分子适应机制出现了一些变化，但
中间锦鸡儿是否发生生态型的分化还有待进一步研
究。生态型是种以下同种植物分布在不同地区适应
于不同生态条件所形成的遗传类群。业已证明，常
见的和广布的种内常常在形态和生理特性上有明显
的生态型分化，在不同生境条件下，每一个生态型
在个体行为上都有不同的反应能力，在大多数情况
下，不同生态型在不同样地区仍然保持它们的特征
(刘志彦等2004)。从本文结果来看，虽然中间锦
鸡儿在不同降雨地区发生了一些遗传上的改变，但
这种改变是否稳定，还待进一步研究。另外，生态
型的分化并不是植物种内唯一的生态变异模式。大
多数情况下，由于生境或地理因子呈梯度变化，植
物即呈现为梯度变异，因此很难找出各类群间的明
显差异。广泛分布的种其大部分变异是梯度变异所
构成，一些性状随着生境系列从一端到另一端的变
化有很明显的级差，这种变异称为生态梯度变异。
中间锦鸡儿可能正是遵循这一方式变化的。
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图2 不同区域中间锦鸡儿种群ISSR
分析的 U P G M A 聚类图
Fig.2 UPGMA dendrogram of C. davazamcii
populations in different areas
讨　　论
对鄂尔多斯高原从东向西降雨量逐渐减少的
不同地区的5个中间锦鸡儿55个种群个体用13条
引物进行ISSR扩增，共产生151条带。在151个
ISSR 扩增位点中，仅有3个位点上有共同的扩增
片段，说明中间锦鸡儿具有极丰富的遗传多样
性。另外，随着该高原降雨量的由东向西的逐渐
减小，中间锦鸡儿的遗传多样性增加，并且大部
分变异发生在种群内，种群间有基因交流，属异
交类型，这些也可能是中间锦鸡儿分布广泛和可
以大面积种植的原因及遗传学基础。
据报道，中间锦鸡儿种群在鄂尔多斯高原从
典型草原到荒漠化草原以及这两带之间的沙地上遗
传多样性呈增大趋势。中间锦鸡儿是锦鸡儿属在
草原区形成的水分系列上地理替代类群小叶锦鸡儿
群系里的种(周道玮等1994)，并且在鄂尔多斯高
原地区纬度跨度不大，经向跨度大，因此，相
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